输气站场及工艺设

输气站场及工艺设备第一节场站的分类和布点的要求一、天然气集输站场的分类输气站是输气管道工程中各类工艺站场的总称。其主要功能是接收天然气、给管道天然气增压、分输、配气、储气调峰、发送和接收清管器等。按它们在输气管道中所处的位置分为：输气首站、输气末站和中间站(中间站又分为压气站、气体分输站、清管站等)3大类型及一些附属站场(如储气库、阀室、阴极保护站等)。按站场自身的功能可分为：压气站、分输站、清管站、清管分输站、配气站等。1．首站首站是天然气管道的起点站，它接收来自于矿场净化厂或其他气源的净化天然气，其主要工艺流程为：天然气经分离、计量后输往下游站场。通常还有发送清管器、气体组分分析等功能。当进站压力不能满足输送要求时，首站还具有增压功能。2．分输站分输站是在输气管道沿线，为分输气体至用户而设置的站场。其主要的工艺流程为：天然气经分离、调压、计量后分输至用户。有时还具有清管器收发、配气等功能。当与清管站合建时，便为清管分输站。3．末站末站是天然气管道的终点设施，它接收来自于管道上游的天然气，转输给终点用户，其主要工艺流程为：天然气经分离、调压、计量后输往用户。通常还有清管器接收等功能。4．压气站压气站是输气管道的接力站，主要功能是给管道天然气增压，提高管道的输送能力。其主要工艺流程为天然气经分离、增压后输往下游站场。5．清管站输气管道投产时需要通过清管器清除管道中的积液、粉尘杂质和异物。清管站主要工艺流程为：清管器接收、天然气除尘分离、清管器发送并输往下游站场。6．储气库储气库是输气管道供气调峰的主要设施，主要的形式有：枯竭气田储气库；地下盐穴、岩洞储气库；地面容器储气库。地下储气库的工艺流程为：天然气过滤分离、计量、增压注气；采气、过滤分离、计量、增压输回管道。7．阀室为了便于进行管道的维修，缩短放空时间，减少放空损失，减少管道事故危害的后果，输气管道上每隔一定距离，需设置干线截断阀。阀室的功能为：干线截断、两端放空。8．阴极保护站埋地管道易遭受杂散电流等腐蚀，除了对管道采取防腐绝缘以外，还要进行外加电流阴极保护，将被保护金属与外加的直流电源的负极相连，把另一辅助阳极接到电源的正极，使被保护金属成为阴极。由于外加电流保护的距离有限，每隔一定的距离应设一座阴极保护站。第二节首站一、功能首站是天然气管道的起点设施，气体通过首站进入输气干线。通常，首站具有分离、计量、清管器发送等功能。1．接收并向下游站场输送从净化厂来的天然气首站接收上游净化厂来的天然气，为了保证生产安全，通常进站应设高、低压报警装置，当上游来气超压或管线事故时进站天然气应紧急截断。向下游站场输送经站内分离、计量后的净化天然气，通常出站应设低压报警装置，当下游管线事故时出站天然气应紧急截断。首站宜根据需要设置越站旁通，以免因站内故障而中断输气。2．分离、过滤天然气中的固体颗粒污染物不仅会增加管道阻力，降低输气管道的气质，还影响设备、阀门和仪表的正常运转，使其磨损加速、使用寿命缩短，而且污染环境、有害于人身健康。液体污染物会随时间逐渐积累起来，形成液流，这样会降低气体流量计计量精度并可能损坏管道的下游设备。因此，通常在输气首站应设置分离装置，分离气体中携带的粉尘、杂质和上游净化装置异常情况下可能出现的液体，其分离设备多采用过滤分离器。过滤分离器是由数根过滤元件组合在一个壳体内构成，通常由过滤段和除雾段(分离段两段组成，能同时除去粉尘、固体杂质和液体。当含尘天然气进入过滤器后先在初分室除去固体粗颗粒和游离水。之后细小的尘污随天然气流进入过滤元件，固体尘粒在气流通过过滤元件时被截留，雾沫则被聚合成大颗粒进入除雾段，在天然气流过雾沫扑集器时液滴被分离。分离后的天然气进入下游管道，尘污则进入排污系统。分离效率：对于粒径不小于5μm的粉尘和液滴，分离效率不小于99．8％；对于粒径为1～3μm的粉尘和液滴，分离效率不小于98％。过滤分离器具有多功能、处理量大、分离效率高、弹性大、更换滤芯方便等特点。主要适用于长输管线首站、分输站和城市门站，同时也适用于含固体杂质和液滴的天然气的分离。大流量站场的气体过滤分离器，可以经汇管采取并联安装的方法来满足处理量要求。在设计分离器的通过量和台数时，宜设置备用分离器。如果是热备用，应保证当一台分离器检修时余下分离器的最大处理能力仍可满足正常处理量要求。3．计量应计量输入和输出干线的气体及站内的耗气，这些气量是交接业务和进行整个输气系统控制和调节的依据。气体计量装置宜设置在过滤分离器下游的进气管线、分输气和配气管线以及站场的自耗气管线上。大流量站场的计量装置，可分组并联，并设备用线路。为了减少震动和噪声，站场管道的气体流速不宜超过20m／s。常用于测量天然气体积流量的流量计有差压式流量计、容积式流量计、涡轮流量计、超声式流量计几类。4．安全泄放(1)输气首站应在进站截断阀之前和出站截断阀之后设置泄压放空设施。根据输气管道站场的特点，放空管应能迅速放空输气干线两截断阀室之间管段内的气体，放空管的直径通常取干线直径的1／3～1／2，而且放空阀应与放空管等径。(2)站内的受压设备和容器应按GB50251—2003《输气管道工程设计规范》的规定设置安全阀。安全阀定压应等于或小于受压设备和容器的设计压力，安全阀泄放的气体可引入同级压力放空管线。(3)站内高、低压放空管宜分别设置，并应直接与火炬或放空总管连通。(4)不同排放压力的可燃气体放空管接入同一排放系统时，应确保不同压力的放空点能同时安全排放。(5)放空气体应经放空竖管排入大气，放空竖管的直径应满足最大放空量要求。(6)可燃气体放空应符合环境保护和防火要求，有害物质的浓度和排放量应符合有关污染物排放标准的规定，放空时形成的噪声应符合有关卫生标准。(7)寒冷地区的放空管宜设防护措施，保持管线畅通。(8)放空竖管(或火炬)宜位于站场生产区最小频率风向的上风侧，并宜布置在站场外地势较高处。工艺流程图为了直观表示气体在站内的具体流向，便于设计、操作和管理，需要将流动过程绘制成图形，即工艺流程图。工艺流程图可以不按实际比例绘制，主要反映站的功能和介质流向，要求图形清晰易懂。图中最好对管件和主要设备进行统一编号和说明。同时，还应有流程操作说明以及主要设备规格表。1.无压缩机的输气站工艺流程图3-6为输气管道的首站工艺流程，第三节分输站一、功能分输站是天然气管道的中间站，气体通过分输站供给用户。通常，分输站具有分离、计量、调压等功能。1．接收上游站场来的天然气并向下游用户供气接收上游站场来的天然气，该部分内容同首站。向下游站场输送经站内分离、计量、调压后的天然气，出站应设高、低压报警装置，当出站超压或下游管线发生事故时紧急截断。2．分离、过滤(1)直接供给附近用户用气，对分离后气体含尘粒径要求较小，分离装置选型可采用过滤分离器。(2)如果是分输气体进入支线，分输站距用户较远，分离装置选型宜采用旋风分离器或多管干式除尘器。如粉尘粒径大于5μm，处理量不大时，可选用旋风分离器；处理量大时，可选用多管干式除尘器。(3)如果分离的气体含尘粒径分布宽，要求分离后含尘粒径很小的情况，可考虑采用两级分离。第一级采用旋风分离器或多管干式除尘器，第二级采用过滤分离器。3．调压分输去用户的天然气一般要求保持稳定的输出压力，并规定其波动范围。站内调压设计应符合用户对用气压力的要求并应满足生产运行和检修需要。调节装置目前多采用自力式压力调节阀或电动调节阀，宜设备用回路。分输站调节装置宜设在分离器及计量装置下游分输气和配气的管线上。4．计量分输去用户的天然气需要计量，该部分内容同首站。5．安全泄放分输站调压装置下游如果设计压力降低，则应在出站设置安全泄放阀，目前多采用先导式安全阀。先导式安全阀因其动作精度高，排放能力大，能够在超过整定压力非常小的范围内泄压排放，复位准确，密封可靠，工作稳定性好的优点而得到广泛应用。第四节末站一、功能末站是天然气管道的终点站，气体通过末站供应给用户。通常，末站具有分离、计量、调压、清管器接收等功能。(1)接收上游站场输来的天然气并向用户门站供气，该部分内容同分输站。(2)分离、过滤。末站通常是向门站供气，分离器选型同分输站，多采用过滤分离器。该部分内容同分输站。(3)调压、计量。去用户的天然气一般要求保持稳定的输出压力并计量，该部分内容同分输站。第五节线路截断阀室一、功能在输气管线上间隔设置截断阀室，其功能是管道检修或事故时截断气流。当输气管道发生事故时，能迅速实现事故点两端有限范围内的自动紧急截断，将事故限制在一段有限的区间内，在不全线放空的情况下进行各种管道作业。二、干线截断阀驱动方式干线截断阀驱动方式有气液联动、电液联动、电动、气动等驱动装置，尤其气液联动使用最为广泛。各种驱动方式都配有手动机构以备驱动机动失灵时使用。(一)干线切断阀干线切断阀通常采用球阀和平板阀(通孔板式闸阀)两种类型(图3—2—19球阀的球形阀心上有一个与管道直径相同的通道，将阀心相对转动90°，就可使球阀关闭或开启。阀座密封圈采用高分子材料(尼龙、聚四氟乙烯等)，这些材料的性能对比见表3—2—4，阀座与球心形成配合密封。按阀心的结构方式可分为浮动式和固定式两种。浮动结构的球心可自由向两侧移动，形成单面自动密封，开启力矩大，这种结构一般用于小口径球阀。固定结构与浮动结构相反，它把阀心通过上下阀杆和径向轴承固定在阀体上，而阀座和密封圈在管道和阀体腔的差压作用下，紧压在球体密封面上，按结构形式可实现单向和双向强制密封。而球体上的介质压力由上下轴承承受，因而启动力矩小，适用于高压大口径球阀。平板阀是一种通孔闸阀，闸板的两平面平行。闸板与阀座保持密封。闸板下方有一个与管径相同的阀孔，闸板提升，阀开启，相反则关闭。密封圈采用非金属材料，镶嵌在阀座上，在开关的全部行程上它始终在阀板上滑动，工作可靠，密封效果比金属对金属的闸阀好，关闭后形成单面自动密封。球阀与平板阀相比，结构复杂，体积和宽度大，体重，但高度较低。两种阀门都具有全启时压力损失小，可通过清管器和适于制成高压大口径规格等优点，目前管道上均大量采用。球阀以其开关速度快，密封条件好著称，近年来结构上有很多发展。干线切断阀的驱动方式干线切断阀的驱动方式有电动、气动、电液联动和气液联动等类型，各种驱动装置上往往同时配有手动机构以备基本驱动机构失灵时使用。电液联动机构是由电动机—油泵机组提供动力的液压装置。动力机组一般与阀体分离。与电动机构相比，它的优点是传动平稳，工作可靠和容易控制。图3—2—20为一种简单的电液联动装置的控制系统。阀门的拨叉滑块由两个油缸推动，阀门开关用改变电动机转向或供油方向的办法实现。动力系统的运转由阀的限位开关控制。系统中设有手摇泵，供断电时使用。气液联动机构是以管道天然气为动力的液压系统。它不需要外来的动力，可以在管道上任何地方使用，是最方便的阀门驱动方式。图3—2—21是一种简单的手控手液联动系统，管道压力可经控制阀输入任一气一油压力转换罐，使压力油推动阀门油缸动作。与此同时，控制阀把另外一个转换罐与大气连通，使油缸活塞另一侧的油流向这个低压罐中。每个罐的容量应稍大于一次动作所需的油量。系统中有一个可储存一定气体动力的蓄能罐和备用手摇泵。上述两种驱动方式中，电液联动和气液联动系统具有较多优点，为大口径阀门广泛采用。三、输气管道干线截断阀的紧急关闭系统输气管道线路截断阀的一般均采用管线爆破事故自动关断装置。当管道破损时，管内压降速率超过正常范围，由驱动装置关闭阀门。当线路截断阀室设有远程终端控制装置（PTU）时，可以将检测到的压降速率信号和阀位信号传给调控中心，由调控中心监测分析，如现场阀门该关断而因故障未关为时，可由调控中心远程指令关断。1．阀门的紧急关闭系统应具备的条件（1）有驱动阀门的能量储备。这种储备的主要形式是气体蓄能罐，有时还需用蓄电池作为信号装置的电源，一般情况不用动力电源